气雾栽培
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2019年2月27日 作者:xwz2367609 [返回]
人类耕作技术的进化轨迹(中)

第三节、工业文明与生物科技催生的水耕农业

工业文明已经历了四次科技革命,第一次工业革命由蒸汽机发明所带动,第二次工业革命也叫电气化时代,由电力技术所推动,第三次工业革命是基于计算机与信息技术的助推,第四次工业革命将由人工智能、清洁能源、机器人技术、量子信息技术、虚拟现实与生物技术掀起。这些工业文明所创造的技术发明为现代水耕农业的形成遵定基础,特别是工业创新在设施农业上的应用,为水耕农业的形成提供材料、装备、设施的有效保障。

水耕农业以李比希的矿物质学说为理论基础,以现代植物生理学、栽培学、植保科学、细胞工程、育种技术、温室设施技术、自动化控制技术等为支撑,构建起生产环境设施化可控化,营养液管理精准化配方化,生产流程工艺化的新型栽培体系。从格里克采用营养液技术栽培出第一株番茄树开始,标志着水耕技术在生产应用上的新纪元。

营养液栽培实用化阶段从1929年格里克开发营养液栽培模式及配方(格里克配方),至今有90年历史。与此同时,新泽西试验站开始营养液沙培的研究及应用。出现较大规模的商业化公司,为1941年里海的荷兰属地西印度油田阿鲁巴岛,丘拉索岛基地,由美国的拉科石油公司经营,以及同年由美国空军经营在南大西洋的阿森松岛(英属圭亚那)基地。1944年在日本的硫黄岛,第二次世界大战以后的1946年又在东京调布、滋贺县大津等地做为美军鲜食菜的供应基地,建设了砾培设施,其中以调布的投资最大(2亿美元),为当时世界第一。 
    
由于日本的营养液栽培技术起步早,所以营养液的科研及生产应用一起走在国际前沿。在日本农林部的园艺试验场(兴津)工作的山崎和堀等于1960年看到随着塑料温室园艺的急剧增加,连作障害、施肥的不合理、管理劳力不足等问题的发生。开始营养液砾培系统的改良应用研究,到1965年在全国就有了240套这样的设备,共计在22hm2面积上普及应用。在1964年山崎与大和等人,在久留米的农林部园艺试验场对EDTFe(螯合铁)的降低成本技术进行了研究,并开发了新的培养液强制循环的水培方法,也即利用水泵灌注,使营养液从底层流动,增加了水中溶解的氧量。这种水培方法在各地又经过改良,从1970年开始有水培专用设施的厂家参加,到1980年全国发展有2000余套设备,近500hm2

我国的水耕栽培研究较晚,起步于上世纪70年代,但中国科研人员的研究有其特色之处,是基于中国国情与生产力水平的实用化改良,在设施与装备上走低成本路线。如北京的蛭石袋培与有机基质培,江苏的岩棉培和简易的NFT培,浙江的稻壳熏炭基质培与深水培,深圳、广州的深水培和椰壳渣基质培等各具特色。其中,中国农科院由蒋卫杰研发的有机生态型无土栽培技术,具国际领先水平,江苏省农科院和南京玻纤院合作研制成功的农用岩棉和岩棉技术填补了国内空白并已投产;营养液栽培在阳台园艺上应用也初见成效,中国农科院蔬菜花卉研究所开发的无土栽培芽苗菜在生产上也得到很快发展。1994年上海孙桥现代高科技农业园区,立足国际标准引进以色列荷兰的温室与无土栽培技术,为全国无土栽培的发展起到了很好的示范样板作用,大大加快了无土栽培技术的发展;至2000年,我国的营养液栽培面积达500hm2,相当于日本80年代的水平。而且我国因地域广阔,各地区形成了各具侧重的栽培模式,南方地区以广东为代表,以深液流水培为主,东南沿海长江流域以江、浙、沪为代表,重点发展浮板毛管、营养液膜水培;北方广大地区以基质培为主,新疆则以大面积的沙培为主,占当时90年代我国无土栽培面积的1/3。总之我国的营养液栽培大多以低成本就地取材为原则,在设施温室上也以简易实用为切入点,形成中国特色的营养液栽培模式。在品种的推广应用上,包括蔬菜、花卉、西瓜、甜瓜、草莓、番茄等20种之多。自21世纪以来,我国营养液栽培以快速发展态势在大江南北展开,特别是沿海一带发展强猛,目前据不完全统计,我国无土栽培面积达10000hm2,居全球第一,其次为荷兰4000hm2,美国2000hm2;而且在技术水平上由引进到创新直至自成体系,在设施设备及模式的开发应用上也达国际领先水平。近年水耕技术,特别是管道化水培,已进入千家万户,成为都市阳台屋顶庭院发展的主要模式,而且与水产养殖结合的鱼菜共生技术,也作了多模式的探索研究及应用,开始成为水耕技术的一大技术分支,具强大的发展后劲。虽然我国目前已成为水耕技术应用最广的国家,但综合水平良莠不齐,产业模式有待提高,特别是与市场的接轨上水平较低,大多数处于示范与样板阶段。

第四节、生态文明与绿色发展驱动的气耕农业

生态文明是继农耕文明与工业文明之后的最高层次的文明,是强调人与自然和谐、生产生活生态共融,强调资源集约利用,系统零排放的可持续文明形态,是倡导节能减排,零碳生产生活的新时代。更是一个国家与地区转型发展的重要战略方向与机遇,我国恰到时机的提出“绿水青山就是金山银山”的伟大论断,就是对生态文明内涵的高度诠释,一切发展都必须以生态保全为基础,一切发展都要遵循绿色循环为的宗旨,经济发展模式从求效率向高质量转变,农业生产也一样,由数量产量到质量品质及安全保障,从开放污染到闭锁循环零排放转变。作为营养液技术支撑的水耕农业,目前大多数采用基质培与水培模式,这两种栽培模式,与土耕相比,虽然有了较大的改进与发展,但还存在以下问题。基质培因基质的老化需不断的更换,还存在资源的浪费,而且带基质的栽培同样会滋生病虫害,无法做到真正的免农药安全生产;而水培技术,栽培的废液还会对环境造成或多或少的影响,另外水培适合品种也存在较大的局限性,无法实现广域化的全面应用,大多水培用于生菜等叶菜的生产,对于一些花卉、瓜果、果树等经济植物还存在适应性问题,常会出现根系缺氧而烂根的不适症。

丽水市农业科学研究院自20032005年期间,对气耕技术进行全面的研究,包括气耕的栽培模式及配套的设备设施及营养液配方,并形成了实用适合生产的低成本高效率气雾栽培模式,并于2008年开始于部队的各高山哨所岛屿及农副业生产基地进行大面积的推广应用,在地方的推广也相继展开,目前我国气雾栽培面积已达100hm2,开启了气耕时代的到来。

气耕栽培与水耕相比,具有根系悬空氧气充足特点,可以适合任何植物的栽培耕作,这是营养液栽培技术上的伟大突破,也是迎合绿色发展与构建生态文明的重要利器。根系悬空的栽培方式,有利于空间化利用的构建,一改当前水耕的平面利用,使设施的利用率数倍提高,有效解决城镇化带来的耕地减少问题。气耕方式让根系的肥水气三要素得以最充分的保障,实现植物生长潜力的最大化发挥,不管是生物量产量及品质上都优于土耕与水耕,是绿色安全高效生产的先进模式。

在营养液技术发展的历史上,也曾提出雾耕的理论与模式,但一直没有在生产上大面积的使用推广,大多用于实验室试验,而且重点用于脱毒马铃薯的种子培育;究其原因有二,根系悬空的栽培方式,对于停电极为敏感,根系没有缓冲性,所以在发电机没有普及的年代,栽培风险较大;另外,气耕栽培的作物其根系为气生根,具发达的根毛根,这些根系对水份供给的要求较高,也就是要创造更为严格与适合的根域环境,当时没有计算机控制技术的应用,无法做到环境多变生产条件下的根系供液控制,有了计算机技术及传感器技术的普及应用,为根域环境的智能化创造提供了条件,这是气雾栽培走向实用化的另一重要支撑。通过丽水市农科院近15年的研究推广应用,该技术已成为普通无土栽培的重要替代技术。主要体现在,营养液基本实现零排放无废液栽培,而且通过模式创新,实现立体化数倍于水耕的生产效率,减少了设施的投资,实现生产成本的大辐度下降,以梯架式雾培为例,可以使温室设施的利用率提高34倍,大大降低投资成本及能耗;适栽的品种覆盖所有的经济植物,不管是蔬果、果树、绿化植物、花卉、药材、材用林甚至水生植物都可以进行气培生产,大大突破了水耕的局限性,是气耕技术得以迅速广泛推广的基础。

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